3D打印技術在汽車設計中的應用研究與前景展望

周斌

摘要：3D打印技術是計算機數字網絡化在現代化社會生產過程中廣泛普及的重要表現之一，而汽車行業作為一種發展潛力大、且適用范圍廣泛的大眾產業，目前其發展狀況已經在3D打印技術不斷融入的過程中產生了巨大的變化。但是從我國對3D打印技術的研究歷程來看，研究時間較短且深度不足，因此目前該技術在汽車行業中仍有很大的發展空間。本文就3D打印技術在汽車設計中的應用展開了分析和討論，并明確指出了該行業未來的發展方向。

關鍵詞：3D打印技術;汽車設計;應用分析

引言：汽車作為目前人們出行的重要交通工具之一，隨著行業規模的不斷擴大和產業利潤的大幅度增加，越來越多的企業涌入到汽車生產和銷售行業內，因此造成了當前十分激烈的汽車市場競爭。一些大規模的汽車生產企業為了獲得更大的競爭資本，但通過不斷引進先進的技術來提高企業的生產力和產品質量，3D打印技術就是近幾年來在汽車行業中應用非常廣泛的一種新型技術。3D打印技術在汽車行業內的應用，不但打破了傳統的汽車制造模式，同時還為汽車工藝和機械零部件生產與造型等各方面都帶來了很大的提高。同時，汽車設計人員利用3D打印技術還能夠更好的將汽車的功能、技術與審美融為一體，并且通過設計與模型制造有效的實現對汽車性能的評估。由此可見，深入的研究3D打印技術在汽車設計工作過程中的應用內容，對于汽車行業的整體發展而言具有非常深遠的影響意義。

1 3D打印技術簡析

3D打印技術是一種能夠以數字模型文件為基礎，根據打印目標的結構和功能選擇合適的金屬粉末、高分子材料或新型材料，并且在生產過程中能夠快速實現對物體結構構造的技術。因此，3D打印技術也屬于快速成型技術中的一種，在近幾年來隨著社會生產行業規模的擴大，廣泛的應用到很多生產企業當中，用于制造具有明確的生產標準、生產數量和規模都較大的零部件結構。和傳統的打印機工作模式相比，3D打印技術在打印方式和材料的選擇方面進行了很好的創新。首先，3D打印采用的是利用若干層材料堆疊的方式來實現立體效果，這也是該項技術最顯著的特點之一。這種打印方式極大的降低了打印工作工序的繁瑣程度，同時設計人員還能夠通過打印出來的實體模型非常直觀、有效的檢驗設計圖紙是否合理、規范，避免了反復設計修改而造成的材料的浪費以及工程的延期。其次，3D打印機所使用的材料大多為金屬粉末或者其他新型材料，這些打印材料是實現產品模型立體化的基礎。在實際的生產和工作過程中，相關工作人員會對打印材料的規格和精細程度進行要求，這樣通過調整材料顆粒的大小和規格就可以有效的實現與目標模型的尺寸相匹配，極大地節省了打印時間、提高了工作效率。最后，相較于傳統的大型機械化生產模式，生產企業在應用3D打印技術時不需要采購和放置大型的機械設備，僅僅需要一臺3D打印機和相關計算機軟件設備就可以對生產的過程和效果進行有效的控制，提高了企業的生產效率。同時3D打印機可以使用經過加工的金屬廢料或生產余料，因此通過在生產過程中應用3D打印技術不但能夠為企業降低成本和工程造價，同時還達到了綠色環保的生產效益和社會價值。

2 3D打印技術在汽車設計中的應用分析

2.1 3D打印技術在國內外汽車行業中的發展歷程

3D打印技術最早應用到汽車生產是發生在德國奧迪汽車生產公司中，那一年該公司為著名的科幻電影《機械公敵》所設計的奧迪概念車，便是通過操控工業機器人配合3D打印技術將汽車一次性成型制造出來的。該車的主體結構和相關機械零件絕大部分都是運用了3D打印技術生產出來的，例如在進行該車的發動機生產時就運用了SLS成型工藝技術，這是3D打印技術中的一項重要內容。3D打印技術在汽車生產過程中的應用不但有效地提高了汽車生產的效率，同時還為很多汽車功能與造型設計理念的實現奠定了基礎。例如應用了3D打印技術生產出的全景前擋風玻璃便可以真正的實現無縫連接，在一些現代化汽車設計中，便經常會將該種擋風玻璃從汽車前部一直延伸到車頂的后部，這種設計模式便可以給車內的駕駛員和乘客帶來更好的駕駛體驗。目前，汽車工業生產中的3D打印技術對于我國汽車行業的發展產生了非常重要的影響，并且隨著我國綠色生產和節能環保政策的提出，該技術在未來也將會得到越來越多的重視。

2.2 3D打印技術的應用提高了汽車生產效率

在3D打印各項技術中，SLS技術是在汽車生產領域中應用最為廣泛的一種，這其中的主要原因在于工作人員運用該技術進行汽車零部件生產時，可以在一定程度上忽略產品結構的復雜程度，因此在進行發動機缸蓋、進氣排氣管、格柵等結構比較復雜的汽車零部件生產時，相較于傳統的生產過程就會占據很大的優勢，對于提高企業生產效率具有非常重要的意義。例如2012年比利時的著名工程師便利用3D打印技術僅僅花費了8個小時，便實現了從設計車體外殼到打印出整個車身部分這一個奇跡般的過程，而這種現象的產生便有賴于3D打印技術對于汽車生產效率的大幅度提高。

2.3 設計人員需要全面考慮材料的性能

3D打印技術給汽車生產效率帶來了很大的提高，但是與此同時其自身的發展卻受到了打印材料性能與尺寸的限制。汽車的各項零部件都需要在車輛運行的過程中發揮出不同的作用，例如汽車散熱系統中的零件制造對于材料的抗高溫能力就有明確的要求，所以3D打印機所使用的材料能否達到汽車散熱系統中零件的抗高溫標準，這個問題就需要汽車設計人員在工作時進行全面的考慮才能夠有效的保證零件質量。此外，一些具有特殊性能的材料也需要汽車設計人員提高重視，例如汽車外殼所采用的材料最好能夠降低空氣阻力或者具有較高的強度和硬度，這樣對于駕駛人員而言才能夠獲得更好的駕駛體驗和更可靠的安全保障。

3 3D打印技術在汽車行業的發展前景

從當前的社會發展狀況來看，在未來的幾十年甚至上百年期間內汽車仍將作為人們主要的出行交通工具，因此3D打印技術為汽車生產模式所帶來的巨大改變，必將吸引更多的汽車生產企業積極引進該技術來提高自身的生產效率。因此3D打印技術憑借其獨特的生產理念和創新的設計方式，必定可以為汽車設計師提供更加廣闊的思維空間，并以此為基礎設計處功能更加多樣、性能更加全面的新型汽車，為人們的生活帶來更大的便捷、給出行提供更好的安全保障。但是由于3D打印技術對于材料的嚴格選擇將導致企業的生產成本相對較高，因此這也是目前難以實現大規模汽車生產的重要限制因素，所以如果相關的反映材料技術不能夠得到進一步的突破和發展，那么我國的汽車行業在短時間內仍然會以傳統的汽車生產模式作為主要的生產方式。但是隨著國家科技水平的不斷提高以及研究人員對于3D打印技術的深入研究，該技術的智能制造方面將會得到更加深入且全面的應用，那么在未來也會有很大可能頂替傳統的汽車生產模式作為主要生產方式。

結束語：3D打印技術在汽車行業中的應用進一步促進了汽車生產模式的變革，同時也帶來了更高的生產效率和更廣闊的汽車設計發展空間，因此該技術對于汽車生產而言意義重大。但是由于受到價格高昂的打印材料和數量較少的相關模型構建技術人才等因素的限制，3D打印技術在汽車設計和開發等方面工作中發揮的作用相較于生產則具有更大的價值。

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